可降解塑料聚乳酸(PLA)合成工艺研究

可降解塑料聚乳酸(PLA)合成工艺研究

论文摘要

从20世纪初开始,塑料已逐渐发展成为一种可广泛应用于各个领域的材料。然而,由于塑料的不可降解性,对我们的生态系统造成了严重破坏。可降解塑料聚乳酸是由可再生原料制备的,在微生物的作用下能彻底分解成水和二氧化碳,具有完全降解性,加之其优良的力学性能,是取代通用塑料的重要材料之一。直接聚合和开环聚合两种方法可以用来制备乳酸的均聚物和共聚物,如聚L乳酸(PLLA)、聚D乳酸(PDLA)、聚D,L乳酸(PDLLA)和L乳酸乙醇酸共聚物(PLGA)。本研究以D, L乳酸(D,L-LA)为原料,采用一步法本体熔融缩聚的工艺制备聚乳酸,避免了有机溶剂的使用。通过FTIR测试仪及乌氏粘度计对聚合过程中聚乳酸的结构、含水量及分子量进行检测,发现对乳酸减压蒸馏去水,温度不超过60℃,时间为2h3h,压强保持在640mmHg左右,反应初期通氮气保护,随后缓慢升温至170℃,加入分子筛,保持搅拌,慢慢抽真空至100Pa,反应时间10h,可以制备高分子量的聚乳酸。通过五种不同种类的催化剂(SnOct2、TSA、Zn、SnCl2、SnOct2+TSA)及其用量对PDLLA的分子量、微观结构、产率、外观等的影响规律进行研究,发现辛酸亚锡/对甲苯磺酸二元复合催化剂的催化效果最佳,当其重量含量为0.4%(质量分数)时,制备出的聚乳酸分子量最大,可达到10132。通过研究PDLLA的生理盐水降解性能和热降解性能,发现PDLLA在生理盐水中首先发生分子量降解,然后产生重量损失,且降解过程中生成具有晶体结构特征降解产物;PDLLA的热降解是一个无规的断裂过程,在100250℃范围内,PDLLA的分子量迅速发生降解,在250℃以上,低聚物相继发生裂解,产生重量损失。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 前言
  • 2 可降解塑料聚乳酸研究现状
  • 2.1 可降解塑料研究现状
  • 2.2 可降解塑料的分类
  • 2.2.1 降解性高分子材料按降解机理分类
  • 2.2.2 降解性高分子材料按制造工艺分类
  • 2.3 可降解塑料聚乳酸的历史及其优点
  • 2.4 聚乳酸(PLA)性质和结构
  • 2.5 聚乳酸的降解性
  • 2.6 聚乳酸在包装材料方面的应用
  • 2.7 聚乳酸的合成工艺
  • 2.7.1 间接合成二步法
  • 2.7.2 直接缩聚法
  • 2.7.3 共聚改性法
  • 3 聚乳酸的合成与降解实验
  • 3.1 原料与试剂
  • 3.2 实验仪器与设备
  • 3.3 聚乳酸的合成实验
  • 3.3.1 乳酸的提纯
  • 3.3.2 聚乳酸的制备
  • 3.4 聚乳酸的热降解实验
  • 3.5 聚乳酸的水降解实验
  • 3.6 聚乳酸的分子量的测试
  • 3.6.1 原理
  • 3.6.2 计算方法
  • 3.7 聚乳酸的表征
  • 4 对直接熔融缩聚合成聚乳酸工艺的研究
  • 4.1 聚乳酸的直接缩聚机理
  • 4.2 聚乳酸聚合过程中去水方法的研究
  • 4.3 聚合条件对PLA 分子量影响的研究
  • 4.3.1 催化剂对PLA 分子量的影响
  • 4.3.2 聚合温度对PLA 分子量的影响
  • 4.3.3 聚合时间对PLA 分子量的影响
  • 4.3.4 聚合过程中真空度的控制
  • 4.4 本章小结
  • 5 聚乳酸降解性能的研究
  • 5.1 聚乳酸的热降解性能研究
  • 5.2 聚乳酸的水降解性能研究
  • 5.2.1 聚乳酸的外观变化
  • 5.2.2 聚乳酸的重量变化
  • 5.2.3 聚乳酸的分子量变化
  • 5.3 本章小结
  • 6 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 相关论文文献

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